Aufgabensammlung: Lösungen – Genetik
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AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Homologie, Analogie Analoge Merkmale möglicherweise unterschiedlich gleich Ursache der Ähnlichkeit des Merkmals gleiche Erbanlagen Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen (konvergente Entwicklung) Individuen sind stammesgeschichtlich verwandt ja nein gleich unterschiedlich Äußere Struktur/Funktion Grundbauplan © 2012 Schroedel, Braunschweig Homologe Merkmale Evolution SI Lebewesen können Übereinstimmungen in ihren Merkmalen haben. Je nach Ursprung dieser Ähnlichkeiten werden sie als homolog oder analog bezeichnet. Ordne die Kennzeichen von homologen und analogen Merkmalen unten in der Tabelle, indem du die Texte an die richtige Stelle ziehst. 1 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Natürliche Selektion 1 Spiele das Spiel der Animation „Natürliche Selektion“ und sieh dir am Ende der beiden Durchläufe die Tabellen im Vergleich an. Beschreibe dein Ergebnis und erkläre, warum sich die Population der Birkenspanner im Wald mit Luftverschmutzung anders entwickelt als im Wald ohne Luftverschmutzung. Als Hilfe kannst du dich an folgenden Begriffen orientieren: Räuber, Beute, Population, abnehmende Häufigkeit, ansteigende Häufigkeit, helle Farbvariante, dunkle Farbvariante, Tarnung, Auffinden von Beute, Nachkommen der folgenden Generation, natürliche Selektion. © 2012 Schroedel, Braunschweig Evolution SI In beiden Waldtypen verändert sich die Zusammensetzung der Beutepopulation über die Jahre. Im sauberen Wald nimmt die Häufigkeit der hellen Birkenspanner zu und der Anteil der dunklen Variante nimmt ab. Das liegt daran, dass der Räuber, das Rotkehlchen, die hellen Falter auf der hellen Birkenrinde nur schlecht erkennen kann. Sie sind gut getarnt. Die Falter mit der dunklen Körperfärbung hingegen sind gut zu erkennen und werden deshalb häufig gefressen. Deshalb kommen nur wenige Individuen der dunklen Variante zur Fortpflanzung. Da die meisten Tiere der hellen Variante überleben, können auch viele von ihnen Nachkommen zeugen. Da die Elterntiere ihre Färbung an ihre Nachkommen durch das Erbgut weitergeben, verändert sich im Laufe der Zeit die Zusammensetzung der Population. Der Anteil der hellen Falter nimmt zu, der Anteil der dunklen Falter ab. Es findet eine natürliche Auslese, Selektion, der besser angepassten Variante statt. Im verschmutzten Wald verhält es sich genau anders herum. Hier sind die dunklen Falter besser an ihren Untergrund angepasst und werden nur selten zur Beute des Rotkehlchens. Hier nimmt über die Jahre die Häufigkeit der dunklen Falter zu und der der hellen Falter ab. Der Faktor Umweltverschmutzung hat also einen entscheidenden Einfluss auf den Verlauf der Evolution des Merkmals Körperfarbe bei Birkenspannern. 2 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Natürliche Selektion 2 © 2012 Schroedel, Braunschweig Evolution SI Im Spiel „Natürliche Selektion“ siehst du, dass je nach Umweltbedingungen die eine oder die andere Farbvariante der Birkenspanner besser an ihre Umweltbedingungen angepasst war. Es kam zur natürlichen Selektion der hellen oder der dunklen Birkenspanner. Kannst du alle folgenden Aussagen mit richtig oder falsch beantworten? Klicke für die Antwort auf das entsprechend Feld. 3 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Natürliche Selektion 3 Kurzbeschreibung Rekombination Erbgut wird bei der Bildung und Verschmelzung der Geschlechtszellen neu kombiniert Mutation Veränderungen im Erbgut durch schädigende äußere Einflüsse oder spontan Variation unterschiedliche phänotypische Merkmalsausprägung durch Rekombination und Mutation der Erbanlagen Selektion Lebewesen mit einer vorteilhaften Variante eines Merkmals haben einen Fortpflanzungsvorteil und setzen sich durch Angepasstheit Ergebnis aus Variation und Selektion © 2012 Schroedel, Braunschweig Begriff Evolution SI Was ist für die Evolution von Lebewesen entscheidend? Sortiere die auf den Karten stehenden Begriffe und Kurzbeschreibungen, indem du sie mit der Maus anklickst und einander zuordnest. 4 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Entstehung neuer Arten Vorgänge 1. Mutation und Rekombination → Variation 2. Isolation → veränderter Selektionsdruck (etwa veränderte Umweltbedingungen) 3. Selektion vorteilhafter Varianten → Veränderung (des Genpools) der Population 4. Stetige Weiterentwicklung der getrennten Populationen → Fortpflanzungsbarrieren © 2012 Schroedel, Braunschweig Reihenfolge Evolution SI Siehe dir die Animation „Entstehung neuer Arten“ an. Wie konnte es zur Bildung der neuen Buntbarscharten kommen? Bringe die entscheidenden Vorgänge in die richtige Reihenfolge, indem du die Karten an die richtige Stelle ziehst. 5 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Variation, Selektion, Angepasstheit 1 Veränderte Umweltbedingungen können zu einer gerichteten Selektion einer zunächst seltenen Variante eines Merkmals führen. Siehe dir die Präsentation „Variation, Selektion, Angepasstheit“ an. Beschreibe, wie sich der Kurvenverlauf zur innerartlichen Variation verändern würde, wenn nicht das gelbe Schlammgräbermaul, sondern das grüne breite Maul vorteilhaft wäre. Verwende dabei folgende Begriffe: Urform, gelbe Variante, grüne Variante, Maximum der Kurve, nachteilige Maulform, vermehren, verschwinden, Veränderung der Variabilität der Population. Evolution SI Die Kurve würde sich von der Ursprungskurve nicht nach rechts in Richtung der gelben Variante verschieben, sondern nach links in Richtung der grünen Variante. Das Maximum der Häufigkeit der Individuen läge dann bei der grünen Variante, es gäbe auch noch einige Individuen der Urform. Die Individuen mit der Schlammgräber-Variante würden aufgrund ihrer nachteiligen Maulform nicht genug Nahrung finden und könnten sich deshalb auch nicht gut vermehren. Ihr Anteil in der Population würde immer geringer bis es keine Tiere mit dieser Maulform mehr gibt. Variation, Selektion, Angepasstheit 2 Siehe dir die Präsentation „Variation, Selektion, Angepasstheit“ an. Hat die Variabilität der Barsch-Maulform nach der gerichteten Selektion zu- oder abgenommen? Begründe deine Aussage. © 2012 Schroedel, Braunschweig Die Variabilität der Population hat abgenommen, denn statt anfangs drei, gibt es nun nur noch zwei Varianten. Aufgrund der veränderten Umweltbedingungen war eine Variante nachteilig und verschwand somit nach und nach aus der Population. Allerdings ist in der Realität davon auszugehen, dass immer wieder neue Varianten, auch die Maulform betreffend, auftreten würden. Langfristig wäre eine Abnahme der Variabilität nur in sehr eingeschränkten Lebensräumen zu erwarten, in denen die Bewohner stark spezialisiert sein müssten. 6 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Fortpflanzungsbarrieren In vielen Gebieten leben Arten nebeneinander, die stammesgeschichtlich sehr eng verwandt sind, sich aber dennoch nicht erfolgreich miteinander fortpflanzen können. Erkläre in diesem Zusammenhang den Begriff Fortpflanzungsbarriere und gehe dabei auf die Beispiele in den Animationen „Entstehung neuer Arten“ und „Fortpflanzungsbarrieren“ ein. © 2012 Schroedel, Braunschweig Evolution SI Gruppen von Lebewesen werden als unterschiedliche Arten bezeichnet, wenn sie sich nicht erfolgreich miteinander fortpflanzen können. Dieses wird durch sogenannte Fortpflanzungsbarrieren verhindert. Hier haben wir dies an den Beispielen der ostafrikanischen Buntbarsche und der Mausmakis kennengelernt. Sowohl bei den Buntbarschen als auch bei den Mausmakis entwickeln sich die verschiedenen Arten wahrscheinlich aus einer Urform aufgrund von geografischer Isolation heraus. Dabei wurde infolge sich ändernder Umweltbedingungen eine Population in Teilpopulationen getrennt. In der Isolation entwickelten sich bei den Tiergruppen durch natürliche Selektion unterschiedliche Merkmale, die an die jeweiligen Umweltbedingungen optimal angepasst waren. In den Animationen wurden hier zum einen die verschiedenen Maulformen bei den Barschen und zum anderen die Rufe bei den Mausmakis vorgestellt. Da die Mausmakis ihre Laute zum Auffinden eines Paarungspartners nutzen, können sie sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Rufe anscheinend nicht mehr verstehen. Die Laute sind also nun artspezifisch. Infolge dessen paaren sich die Tiere aufgrund der unterschiedlichen Laute nicht, obwohl sie sich sehr ähnlich sehen und sie ein ähnliches Habitat bewohnen. Bei den Buntbarschen haben sich im Laufe der Evolution neben der Maulform natürlich auch andere Merkmale der Fische verändert. So haben sich unterschiedliches Balzverhalten oder arteigene Signalfärbungen ausgeprägt, an denen die Barsche ihre Paarungspartner erkennen können. In beiden Fällen wird es durch die Fortpflanzungsbarrieren möglich, dass sich die Verbreitungsgebiete stammesgeschichtlich eng verwandter Arten überlappen, ohne dass es zu einer Vermischung, Hybridisierung, der Arten kommt. 7 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Evolutionstheorie Wie kam die Giraffe zu ihrem langen Hals? Ordne dazu die folgenden Texte den jeweiligen Urhebern verschiedener Evolutionstheorien zu, die unterschiedliche Ansätze der Erklärung zeigen. Ziehe dazu die Texte an die richtige Stelle der Tabelle. Linné/Cuvier Lamarck Darwin Lebewesen einer Art variieren in ihren Merkmalen Lebewesen einer Art variieren in ihren Merkmalen Unveränderbarkeit von Lebewesen Wandelbarkeit der Arten Wandelbarkeit der Arten Theorie der Wechselwirkung Merkmalsveränderung durch aktive Anpassung Merkmalsveränderung durch natürliche Selektion Evolution SI Vollkommene Lebewesen von Gott erschaffen Abstammung Überprüfe die Aussage: „Der Mensch stammt vom Affen ab“. © 2012 Schroedel, Braunschweig Der Mensch gehört wie die Affen zur Ordnung der Primaten. Menschen und Affen haben homologe Merkmale, die erkennen lassen, dass sie stammesgeschichtlich verwandt sind. Allerdings entwickelten sich die Menschen nicht aus einem Affen, sondern Menschen und Affen hatten lediglich dieselben Vorfahren. Aus diesen Vorfahren entwickelten sich die verschiedenen Affenarten und auch der Mensch. Am engsten ist der Mensch mit dem Schimpansen und dem Bonobo verwandt; ihr gemeinsamer Vorfahr lebte noch vor etwa 6-8 Millionen Jahren in Afrika. Dann trennten sich ihre Wege; aus einigen Nachkommen entwickelten sich die Schimpansen und aus anderen der Mensch. 8 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Evolution des Menschen 1 Die Vorfahren des Homo sapiens hatten zum Teil Merkmale, die wir bei den heutigen Affen finden und solche, die wir bei den heutigen Menschen finden. Ordne die aufgeführten Merkmale Affe oder Mensch zu. Merkmale Affe Merkmale Mensch lange Arme und kurze Beine Greifhand und Greiffuß kräftige Überaugenwülste kurze Eckzähne bei beiden Geschlechtern aufrechter Gang Evolution SI großer Hirnschädel Sohlengang © 2012 Schroedel, Braunschweig vorspringendes Gebiss 9 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Evolution des Menschen 2 Zweite Ausbreitung Ausgangskontinent Afrika Afrika Erster Auswanderer Homo erectus Homo sapiens Afrikanischer Vorfahr des Auswanderers Homo ergaster Homo ergaster Frühster Fund außerhalb Afrikas im Kaukasus, Georgien (1,8 Mio. Jahre alt) in den Qafzeh-Höhlen in Israel (100.000 Jahre alt) Verbreitungsgebiet der Nachfahren des ersten Auswanderers Afrika, Europa, südliches Asien, Südostasien (Indonesien, Java) die gesamte Erde (mit einigen wenigen Ausnahmen) Europäische Nachfahren Homo antecessor Homo heidelbergensis Homo neanderthalensis Homo sapiens © 2012 Schroedel, Braunschweig Erste Ausbreitung Evolution SI Nach heutigem Stand der Wissenschaft haben sich die Menschen von Afrika aus in zwei großen Wanderungswellen auf die anderen Kontinente ausgebreitet. Welche Angaben gehören zu welcher Ausbreitungswelle? 10 AUFGABENSAMMLUNG Lösungen Lösungen Evolution des Menschen 3 © 2012 Schroedel, Braunschweig Evolution SI Versuche mit Hilfe der Animation „Evolution des Menschen“ die folgenden Fragen zu beantworten. 11
